Sind die Elektronen- und Lochdichten in einem intrinsischen Halbleiter immer gleich?

In meinem Buch über Laserphysik ( Laserphysik von Hooker und Webb ) wird angegeben, dass die Dichte von Elektronen, die in den intrinsischen aktiven Bereich eines Diodenlasers injiziert werden, gleich der Dichte von Löchern ist. Ich bin nicht überzeugt, weil die Elektronen nicht aus dem Valenzband kommen, sondern aus einer benachbarten n-leitenden Schicht, und ebenso kommen Löcher aus einer p-leitenden Schicht auf der anderen Seite. Diese beiden Prozesse scheinen ziemlich unabhängig zu sein, warum sollten also die Elektronen- und Lochdichten übereinstimmen, insbesondere wenn das System zwischen den p-Typ- und n-Typ-Schichten nicht symmetrisch ist?

Könnten Sie einen Verweis auf das Lehrbuch hinzufügen, von dem Sie sprechen?
Laserphysik von Hooker und Webb.

Antworten (1)

Im Allgemeinen sind die Dichten von Elektronen und Löchern im Verarmungsbereich eines pn-Übergangs nicht gleich, sondern durch eine Beziehung bestimmt

P N = P B N B e φ B / v T H ,
Wo N B , P B sind Massengutfrachterdichten, φ B ist die Barrierenhöhe und v T H = k B T / Q (siehe hier ). Diese Beziehung wird weiter modifiziert, wenn die Diode vorgespannt ist. Dies bedeutet, dass der Kontakt aufgeladen ist (positiv oder negativ), obwohl der gesamte Stromkreis neutral bleibt.

Dies ist jedoch nicht die Trägerdichte, die in die Laserratengleichungen eingeht. Vielmehr ist die Trägerdichte, die in die Ratengleichungen des Halbleiterlasers eingeht , die Dichte der Träger, die Strom führen und sich im aktiven Bereich rekombinieren. Wenn die Anzahl der Elektronen und Löcher, die in diesen Bereich eintreten, unterschiedlich wäre, würde es eine konstante Ladungsakkumulation geben, dh die Ladung in dem Bereich würde kontinuierlich wachsen und ein Potential erzeugen, wodurch der Überschussträgerstrom verringert und der Strom der Träger erhöht würde fehlen. Zweifellos geschieht dies, wenn der Laser eingeschaltet wird. In einem Steady-State-Regime sollte eine solche Ladungsakkumulation jedoch bereits aufgehört haben (andernfalls befinden wir uns nicht in einem Steady-State).

Außerdem wird angenommen, dass diese Prozesse viel schneller sind als die Emission von Photonen und nicht berücksichtigt werden müssen, um die Laserdynamik zu beschreiben.